DE60117539T2

DE60117539T2 - Verfahren zum dynamischen zuteilen von zeitschlitzen eines gemeinsamen tdma-rundsendekanals zu einem netzwerk von sender/empfaengerknoten

Info

Publication number: DE60117539T2
Application number: DE60117539T
Authority: DE
Inventors: Konstantinos Eatontown Amouris
Original assignee: Individual
Current assignee: Quarterhill Inc
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: US20020001294A1; EP1290529B1; WO2001088664A2; US7082111B2; EP1290529A4; DE60117539D1; AU2001263166A1; WO2001088664A3; EP1290529A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Erfindungsgebiet
Die Erfindung betrifft das Gebiet der drahtlosen Kommunikation und insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum dynamischen Zuordnen von Zeitschlitzen eines gemeinsamen TDMA-Rundsendekanals (Time Division Multiple Access) zu einem Netzwerk von Sender-/Empfängerknoten.
2. Stand der Technik
Ein Paketfunknetz besteht aus einer Anzahl geographisch verteilter Sender-/Empfängerknoten, die miteinander kommunizieren. Auf Grund begrenzter Übertragungsleistung und der die Funkgeräte physikalisch trennenden geographischen Entfernung können die Übertragungen eines gegebenen Funkgeräts nicht von jedem anderen Funkgerät im Netz empfangen werden. Stattdessen können die Übertragungen eines gegebenen Funkgeräts nur von den Funkgeräten empfangen werden, die sich innerhalb des kreisförmigen Bereichs befinden, der von seinem Übertragungsbereich R abgedeckt wird. Bezug nehmend auf 1 können die Übertragungen des Knotens n nur von den Funkgeräten empfangen werden, die sich innerhalb eines Kreises 10 befinden, dessen Radius gleich R ist und dessen Mitte der Standort des Knotens n ist. Der durch den Übertragungsbereich eines Knotens abgedeckte kreisförmige Bereich wird als die Einsprung-Nachbarschaft des Knotens bezeichnet. Der Kreis 10 mit dem Knoten n als Mitte und R als Radius ist die Grenze der Einsprung-Nachbarschaft des Knotens n. Auf ähnliche Weise ist der Kreis 14 mit Knoten j als Mitte und R als Radius die Grenze der Einsprung-Nachbarschaft des Knotens j.
Der vom Kreis 12 begrenzte kreisförmige Bereich, dessen Radius gleich dem Doppelten des Übertragungsbereichs (2R) ist und Knoten n als Mitte aufweist wird als die Zweisprung-Nachbarschaft des Knotens n definiert. Die Zweisprung-Nachbarschaft des Knotens n enthält alle Knoten, die in den Einsprung-Nachbarschaften aller seiner Einsprung-Nachbarn enthalten sind. Ein Knoten, der sich in der Einsprung-Nachbarschaft eines anderen Knotens befindet, wird als ein Einsprung-Nachbar bezeichnet. Auf ähnliche Weise wird ein Knoten, der sich in der Zweisprung-Nachbarschaft eines anderen Knotens befindet, als ein Zweisprung-Nachbar bezeichnet. Die Anzahl von Einsprung-Nachbarn eines Knotens wird als der Knotengrad definiert. Der maximale Knotengrad eines Netzes in einem bestimmten Zeitaugenblick wird als der Netzgrad definiert. Der maximale Knotengrad eines Netzes über die gesamte Zeit wird als der maximale Netzgrad definiert.
Das Problem der Zuordnung der Zeitschlitze eines gemeinsamen TDMA-Rundsendekanals (Time Division Multiple Access) zu einem geographisch verteilten Paketfunknetz von mobilen Knoten stellt eine besondere Herausforderung dar; der Grund dafür ist, dass die Zeitschlitzzuordnung in einer solchen Umgebung die räumliche Wiederverwendung von Zeitschlitzen maximieren und dabei garantieren muss, dass die Rundsendeübertragungen jedes Knotens erfolgreich von allen seinen Einsprung-Nachbarn empfangen werden. Um zu garantieren, dass die Rundsendeübertragungen eines gegebenen Knotens während eines gegebenen Zeitschlitzes erfolgreich von allen seinen Einsprung-Nachbarn empfangen werden, muss dieser Knoten der einzige Sender innerhalb seiner Zweisprung-Nachbarschaft während dieses Zeitschlitzes sein.
Weiterhin auf 1 Bezug nehmend, wenn Knoten n und j während des gleichen Zeitschlitzes senden, werden ihre Übertragungen am Knoten k zusammenstoßen, der ein Einsprung-Nachbar beider Knoten n und j ist. Um daher zu garantieren, dass die Rundsendeübertragungen des Knotens n erfolgreich von allen seinen Einsprung-Nachbarn empfangen werden, muss der Knoten n der einzige Sender in seiner Zweisprung-Nachbarschaft sein, die der durch den Kreis 12 begrenzte Bereich ist. Die Aufgabe eines wirkungsvollen Zeitschlitzzuordnungsverfahrens besteht darin, die Anzahl von Knoten zu maximieren, die während des gleichen Zeitschlitzes übertragen können und dabei zu garantieren, dass ihre Einsprung-Nachbarschaften einander nicht überlappen. Weiterhin muss eine solche Zeitschlitzzuordnung widerstandsfähig gegen Änderungen der Topologie sein, die durch die beständige Mobilität der Netzknoten verursacht werden.
Vorgeschlagene Zeitschlitzzuordnungsverfahren lassen sich in zwei Kategorien einteilen: topoligieabhängig und topologietransparent. Topologieabhängige Zeitschlitzzuordnungsverfahren sind von der momentanen Konnektivität zwischen den Knoten innerhalb einer Zweisprung-Nachbarschaft abhängig und ordnen Zeitschlitze dynamisch auf verteilte Weise als Reaktion auf Konnektivitätsänderungen um.
Der Hauptnachteil von topologieabhängigen TDMA-Zeitschlitzzuordnungsverfahren besteht darin, dass ihre Wirksamkeit und Robustheit aus folgenden Gründen in einer hochmobilen Umgebung verletzbar ist:

a) Im Verlauf der Koordinierung von Zeitschlitzumordnung in einer Zweisprung-Nachbarschaft kann auf Grund des Austauschs von Steuerpaketen, der dafür erforderlich ist, dass alle an der Umordnung beteiligten Knoten eine konsequente Sicht der aktualisierten Zeitschlitzzuordnung besitzen, ein bedeutsamer Zusatzaufwand auftreten;
b) In Abhängigkeit von dem zeitlichen Auftreten von Ereignissen und der besonderen Konnektivität kann der Zeitschlitzumordnungsvorgang in einer Zweisprung-Nachbarschaft Zeitschlitzumordnungen in benachbarten überlappenden Zweisprung-Nachbarschaften auslösen und damit einen Zeitschlitzumordnungs-„Wellen"-Effekt verursachen, der sich durch das ganze Netz fortpflanzen könnte; dadurch würde der zum Synchronisieren aller Knoten erforderliche Steuerungsaufwand noch weiter erhöht;
c) Während der Übergangsperiode von Zeitschlitzumordnung gehen Übertragungen verloren; verlorene Übertragungen können die Netzleistung während Übergangsperioden ernsthaft mindern, da sie Wiederholungen veranlassen, die ihrerseits wieder verloren gehen, wenn der Zeitschlitzumordnungsvorgang nicht konvergiert hat, und dadurch weitere Wiederholungen veranlassen; anders gesagt kann, wenn die Übergangsperiode des Zeitschlitzumordnungsvorgangs länger als irgendein kritischer Zeitschwellwert ist, die Netzleistung eine spiralenförmige Abwertung erfahren;
d) Wenn sich die Topologieänderung schneller ändert als die Geschwindigkeit, mit der das Protokoll die neuen Pläne berechnen und verteilen kann, konvergiert der Zeitschlitzumordnungsvorgang möglicherweise nie; dies bewirkt einen katastrophalen Netzausfall.

Um die obigen Nachteile zu überwinden ist eine Anzahl von topologietransparenten Zeitschlitzzuordnungsverfahren vorgeschlagen worden. Die Grundidee der vorgeschlagenen topologietransparenten Zeitschlitzzuordnungsverfahren besteht darin, dass ein Knoten in jedem Zeitrahmen in einer Anzahl von Zeitschlitzen überträgt. Die Zeitschlitze, die dem Knoten n in einem Zeitrahmen zugeordnet werden, entsprechen einem eindeutigen Code, so dass für jeden gegebenen Einsprung-Nachbar k des Knotens n dem Knoten n mindestens ein Zeitschlitz zugeordnet wird, der nicht dem Knoten k oder irgendeinem der Einsprung-Nachbarn von k zugeordnet ist. Innerhalb jedes gegebenen Zeitrahmens kann daher jeder Nachbar von n mindestens ein Paket kollisionsfrei von n empfangen.
Die Nachteile der topologietransparenten Zeitschlitzzuordnungsverfahren sind folgende:

a) Der Sender kann nicht wissen, welche Nachbarknoten das von ihm in einem bestimmten Schlitz gesendete Paket richtig empfangen können, da diese Verfahren keinen einmaligen Sender in einer Zweisprung-Nachbarschaft garantieren können; diese Zeitschlitzzuordnungsverfahren können daher nicht in Verbindung mit interaktiven Abfrage/Antwort-Verfahren zwischen einem bestimmten Sender und einem bestimmten Empfänger benutzt werden. Da zusätzlich der Sender nicht weiß, welcher Nachbar seine Übertragungen in welchem Zeitschlitz empfangen kann, muss er die Übertragung des gleichen Pakets in jedem zugeordneten Zeitschlitz innerhalb eines Rahmens wiederholen, um sicherzustellen, dass das beabsichtigte Ziel das Paket richtig empfängt.
b) Die Anzahl von Zeitschlitzen zwischen aufeinanderfolgenden Übertragungen unterschiedlicher Pakete durch einen gegebenen Knoten, die durch diese Verfahren erzeugt werden, ist proportional zum Quadrat des maximalen Netzgrades; der Bandbreitenwirkungsgrad dieser Verfahren fällt daher mit zunehmendem maximalen Netzgrad exponentiell ab.
c) Sie erfordern a-priori-Kenntnis der Netzgröße und des maximalen Netzgrades; diese Verfahren können daher nicht in Szenarios benutzt werden, wo sich die Netzgröße und der maximale Netzgrad auf unvorhersagbare Weise ändern.

Im US-Patent Nr. 5,450,329 ist ein positionsbasiertes Zeitschlitzzuordnungsverfahren vorgeschlagen. Raum ist in eine Anzahl von Gittersegmenten aufgeteilt und jedes Gittersegment ist weiterhin in eine Anzahl von Zellen aufgeteilt. Jeder Zelle wird ihr eigener einmaliger Zeitschlitz gemäß einer vordefinierten Position-auf-Zeitschlitz-Abbildungsfunktion zugewiesen, die jede Zelle eines Gittersegments auf einen einmaligen Zeitschlitz abbildet. Die Länge des sich ergebenden Zeitrahmens ist gleich der Anzahl von Zellen, die jedes Gitter bilden. Jeder Knoten ist sich fortlaufend seiner geographischen Position bewusst, die dann entsprechend der vordefinierten Position-auf-Zeitschlitz-Abbildungsfunktion auf eine einmalige Zeitschlitzzuweisung abgebildet wird, und auf diese Weise bestimmt jeder Knoten den ihm zugewiesenen Zeitschlitz.
Die Nachteile des im US-Patent Nr. 5,450,329 beschriebenen Ansatzes bestehen darin:

a) Er bietet keine genügend robuste Lösung für das Problem von Zeitschlitzzuweisungskonflikten. Im US-Patent Nr. 5,450,329 (Spalte 9, Zeilen 59 bis 68) wird vorgeschlagen, dass Zeitschlitzzuweisungskonflikte (die als seltene und unerwünschte Vorkommnisse behandelt werden) durch Bewegungsverfolgungslogik vorhergesagt und a priori durch leichtes Verschieben der Zeitschlitzzuweisung jedes kollidierenden Fahrzeugs aufgelöst werden können, so dass verhindert wird, dass der Konflikt eintritt. Dies funktioniert jedoch möglicherweise nicht immer, da die verschobene Zeitschlitzzuweisung unversehens einen neuen Konflikt verursachen könnte, wenn ein anderer in der Nähe befindlicher Sender-/Empfänger bereits den neu zugewiesenen Zeitschlitz benutzt oder wenn die Zeitschlitzzuweisungen mehrerer Fahrzeuge gleichzeitig verschoben werden müssen, um das Eintreten von mehreren gleichzeitigen Kollisionen in Nachbarzellen aufzulösen.
b) Im US-Patent Nr. 5,450,329 ist ersichtlich, dass die TDMA-Rahmenlänge (und der sich ergebende Übertragungszyklus) durch das Erfordernis der Zeitschlitzzuweisungseinmaligkeit betrieben wird (siehe z.B. Spalte 3, Zeile 67; Spalte 4, Zeilen 32–33; Spalte 4, Zeile 51; Spalte 5, Zeilen 7–8; Spalte 6, Zeile 6). Dies kann für dünn belegte Netze oder Netze mit bedeutender Dichtevarianz äußerst unwirksam und unpraktisch sein. Und zwar weil die dünner belegten Bereiche oder sogar der gesamte Netzbereich, wenn dies ein einigermaßen dünn belegtes Netz ist, unnötig mit sehr großen Übertragungszyklen (d.h. Rahmenlängen) bestraft werden, da eine große Anzahl von Zeitschlitzen leerem Raum zugewiesen wird und daher unbenutzt bleiben.

Es besteht daher ein Erfordernis eines Verfahrens zur verteilten dynamischen Zeitschlitzzuteilung/-zuweisung, das die Begrenzungen der Zeitschlitzzuordnungsverfahren des Standes der Technik in mobilen Mehrsprung-Rundsendepaketfunknetzen überwindet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Zuordnen einer Gruppe von Zeitschlitzen, welche zu einem gemeinsamen Time Division Multiple Access (TDMA)-kanal gehören, in einem Netzwerk von Sender-/Empfängerknoten bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Unterteilens der Gruppe von Zeitschlitzen in eine Vielzahl von Untergruppen von Zeitschlitzen; Definieren einer gemeinsamen Funktion für jeden Sender-/Empfängerknoten, welche eine Zeitschlitz-Untergruppe der Vielzahl von Zeitschlitz-Untergruppen jedem Punkt im Raum zuordnet, wobei jeder Punkt im Raum durch eine eindeutige Gruppe von Ortskoordinaten identifiziert ist; Durchführen der folgenden Schritte für jeden der Sender-/Empfängerknoten: Periodisches Identifizieren einer Gruppe von Ortskoordinaten; und Zuordnen von Zeitschlitzen, welche zu der Zeitschlitz-Untergruppe gehören, die durch die gemeinsame Funktion dem Punkt im Raum zugeordnet sind, der durch die periodisch definierte Gruppe von Ortskoordinaten definiert ist, zu jedem der Sender-/Empfängerknoten; und Auflösen von Konflikten in der Zuordnung von Zeitschlitzen, welche dann auftreten, wenn zumindest zwei Sender-/Empfängerknoten Zeitschlitze zugeordnet werden, die zu einer identischen Zeitschlitz-Untergruppe gehören und wenn die Distanz zwischen diesen Sender-/Empfängerknoten weniger ist, als ein zuvor bestimmter Distanz-Schwellwert. Der Auflöseschritt ist dadurch gekennzeichnet, dass er den Schritt umfasst, in welchem jedem dieser Sender-/Empfängerknoten Zeitschlitze zugeteilt werden, welche zu unterschiedlichen Zeitschlitz-Untergruppen der identischen Zeitschlitz-Untergruppe gehören. Die periodisch identifizierte Gruppe von Ortskoordinaten entspricht der aktuellen Gruppe von Ortskoordinaten jedes Sender-/Empfängerknotens.
Dementsprechend sind mehrere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung:

a) Die durch die vorliegende Erfindung erzeugte Zeitschlitzzuordnung ist unabhängig von der momentanen Konnektivität zwischen den Knoten des Netzes; das vorliegende Verfahren leidet daher nicht an den Schwächen, die mit topologieabhängigen Zeitschlitzzuordnungsverfahren des Standes der Technik verbunden sind.
b) Sie stellt einen einmaligen Sender in einer Zweisprung-Nachbarschaft sicher und ermöglicht daher eine bestimmten Sender und eine bestimmten Empfänger, einen interaktiven Dialog einzugehen; die vorliegende Erfindung kann daher leicht zum Erleichtern der kollisionsfreien Übertragung von Steuerpaketen benutzt werden, die für die Zuteilung von Kanalressourcen in einer Zweisprung-Nachbarschaft verantwortlich sind. Da es weiterhin nur einen Sender in jeder gegebenen Zweisprung-Nachbarschaft gibt muss ein Knoten ein Paket nicht mehr als einmal übertragen, um sicherzustellen, dass es (das Paket) von jedem Nachbar richtig empfangen wird.
c) Die Zeitschlitzzuweisungsmaschine der vorliegenden Erfindung erfordert nicht, dass Zeitschlitzzuweisungen einmalig sind, da die abschließenden Zeitschlitzzuweisungen nicht ausschließlich auf Grundlage der Position getroffen werden; stattdessen wird eine Kombination von Position und anderen Informationen wie beispielsweise der Anzahl am gleichen Ort befindlicher Knoten und ihrer numerischen ID dazu benutzt, die End-Zeitschlitzzuweisungen zu treffen. Position wird zuerst zum Zuweisen der Gruppe von Zeitschlitzen benutzt, von denen aus ein Knoten übertragen darf; danach werden die Anzahl von am gleichen Ort befindlichen Knoten und ihre numerischen ID dazu benutzt, die nach Position zugewiesene Zeitschlitzgruppe in kleinere unzusammenhängende Untergruppen aufzuteilen und jedem am gleichen Ort befindlichen Knoten eine Untergruppe zuzuweisen. Damit erlangt sie einen bedeutenden Unterschied von dem im US-Patent Nr. 5,450,329 beschriebenen Ansatz, da sie viel kleinere Übertragungszyklen ergibt.
d) Die durch die vorliegende Erfindung erzeugte Anzahl von Zeitschlitzen, die zwischen aufeinanderfolgenden Übertragungen unterschiedlicher Pakete von einem gegebenen Knoten ablaufen, ist anstatt quadratisch von linear zyklischem maximalen Netzgrad; die vorliegende Erfindung übertrifft daher die topologietransparenten Zeitschlitzzuordnungsverfahren des Standes der Technik exponentiell. Das bedeutet, dass für die gleiche Kanalbandbreite die vorliegende Erfindung Netze mit quadratisch höheren Dichten berücksichtigen kann. Umgedreht kann die vorliegende Erfindung für die gleiche Netzdichte eine quadratisch höhere Bandbreitennutzung bereitstellen.
e) Sie erfordert keine a-priori-Kenntnis der Netzgröße oder den maximalen Netzgrad oder die maximale Netzdichte, was sie daher automatisch an variable Netzgrößen und -dichten anpassbar macht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm eines Netzes von Knoten gemäß dem Stand der Technik;
2-A ist eine Darstellung der ersten 80 Zeitschlitze einer Supergruppe von Zeitschlitzen, die zu einem herkömmlichen TDMA-Kanal gemäß dem Stand der Technik gehören;
2-B zeigt graphisch die Aufteilung der in 2-A gezeigten Zeitschlitz-Supergruppe in 9 Zeitschlitz-Gruppen bzw. die Definition eines aus 9 Zeitschlitzen bestehenden TDMA-Rahmens gemäß dem Stand der Technik;
3 zeigt graphisch eine zweidimensionale Funktion, die gemäß dem Stand der Technik jedem Punkt im zweidimensionalen (x, y) Raum eine Ganzzahl zuweist;
4-A zeigt schematisch den dynamischen Zeitschlitz-Zuordnungsvorgang, der in jedem Knoten des Netzes auf Grundlage der geographischen Position jedes Knotens gemäß dem Stand der Technik auftritt;
4-B zeigt graphisch den Zeitschlitzzugangsaufteilungsvorgang, der stattfindet, wenn gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung mehreren Knoten der gleiche Zeitschlitz (die gleiche Zeitschlitz-Gruppe) zugeteilt wird; und
5 ist ein Diagramm einer Reservierungs-TDMA-Struktur (Time Division Multiple Access), bei der die Grundsätze der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kamen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
2-A zeigt die ersten 80 Zeitschlitze einer Zeitschlitz-Supergruppe 20, die zu einem gemeinsamen TDMA-Kanal (Time Division Multiple Access) gehört. Ein Zeitschlitz 25 wird einmalig durch seine Folgenummer S26 identifiziert. Als Alternative kann ein Zeitschlitz durch das Paar (M, F) eindeutig identifiziert werden, wobei M22 die kreisförmige Folgenummer (bzw. Spaltennummer) des Zeitschlitzes und F24 die Rahmenfolgenummer (oder Reihennummer) des Zeitschlitzes ist. In der 2-A ist ein Zeitrahmen als eine Gruppe von 9 aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen definiert (d.h. die Rahmenlänge 21 ist gleich 9). Jede Reihe von Zeitschlitzen stellt einen anderen Rahmen dar. Jede Spalte (von Zeitschlitzen) stellt einen anderen Zeitschlitz dar. Im Allgemeinen ist die Zeitrahmenlänge für zweidimensionale Netze das Quadrat einer Ganzzahl, die größer als 1 ist.
Die Folgenummer S26 und die kreisförmige Folgenummer M22 eines bestimmten Zeitschlitzes stehen durch folgende Gleichung in Beziehung miteinander: M = Modulo[S/9] + 1 (1)
M22 ist eine Zeitschlitzfolgenummer, die alle 9 aufeinanderfolgenden Zeitschlitze auf 1 zurückgesetzt wird. Der Höchstwert von M ist die Zeitrahmenlänge 21. Jedes Mal, wenn M auf 1 rückgesetzt wird, wird F24 erhöht, was den Beginn eines neuen Zeitrahmens anzeigt. Die Folgenummer S26 und die Rahmenfolgenummer F24 eines bestimmten Zeitschlitzes stehen durch die folgende Gleichung in Beziehung miteinander: F = Grundwert[S/9] + 1 (2)
Da M22 alle 9 aufeinanderfolgende Zeitschlitze rückgesetzt wird, können keine zwei Zeitschlitze innerhalb eines Zeitrahmens den gleichen Wert von M aufweisen.
Teilen der Zeitschlitz-Supergruppe in mehrere Zeitschlitz-Gruppen
Bezug nehmend auf 2-B wird dann die Zeitschlitz-Supergruppe 20 in folgende 9 Zeitschlitz-Gruppen aufgeteilt:
L[1] = {S|M = 1} = {0, 9, 18, 27, 36, 45, 54, 63, 72, ..., 9n + 0, ...} wobei n = 0, 1, 2, 3, ..., ∞
L[2] = {S|M = 2} = {1, 10, 19, 28, 37, 46, 55, 64, 73, ..., 9n + 1, ...} wobei n = 0, 1, 2, 3, ..., ∞
L[3] = {S|M = 3} = {2, 11, 20, 29, 38, 47, 56, 65, 74, ..., 9n + 2, ...} wobei n = 0, 1, 2, 3, ..., ∞
L[4] = {S|M = 4} = {3, 12, 21, 30, 39, 48, 57, 66, 75, ..., 9n + 3, ...} wobei n = 0, 1, 2, 3, ..., ∞
L[5] = {S|M = 5} = {4, 13, 22, 31, 40, 49, 58, 67, 76, ..., 9n + 4, ...} wobei n = 0, 1, 2, 3, ..., ∞
L[6] = {S|M = 6} = {5, 14, 23, 32, 41, 50, 59, 68, 77, ..., 9n + 5, ...} wobei n = 0, 1, 2, 3, ..., ∞
L[7] = {S|M = 7} = {6, 15, 24, 33, 42, 51, 60, 69, 78, ..., 9n + 6, ...} wobei n = 0, 1, 2, 3, ..., ∞
L[8] = {S|M = 8} = {7, 16, 25, 34, 43, 52, 61, 70, 79, ..., 9n + 7, ...} wobei n = 0, 1, 2, 3, ..., ∞
L[9] = {S|M = 9} = {8, 17, 26, 35, 44, 53, 62, 71, 80, ..., 9n + 8, ...} wobei n = 0, 1, 2, 3, ..., ∞
Die Zeitschlitze einer bestimmten Zeitschlitz-Gruppe weisen den gleichen Wert von M22 auf. Im wesentlichen besteht die Zeitschlitz-Gruppe L[k] aus dem k-ten Zeitschlitz jedes von (unendlich vielen) Zeitrahmen.
Definieren einer gemeinsamen Funktion, die jedem Punkt im Raum eine Zeitschlitz-Gruppe zuweist
Bezug nehmend auf 3 und auf ähnliche Weise wie bei dem in US-Patent Nr. 5,450,329 beschriebenen Ansatz (Spalte 2, Zeilen 50–55) wird für jeden Knoten eine zweidimensionale Funktion S(x, y) 30 definiert, die jedem Punkt (x, y) im zweidimensionalen Raum eine Ganzzahl zuweist. Die jedem Punkt (x, y) zugewiesene Ganzzahl stellt eine der in der Besprechung der 2-B oben aufgeführten Zeitschlitz-Gruppen L dar.
Für jeden gegebenen Punkt (x_i, y_i) weist daher die Funktion S (x, y) 30 die Zeitschlitz-Gruppe L[S(x_i, y_i)] dem Raumpunkt (xi, yi) zu. Im Wesentlichen weist die Funktion S(x, y) den k-ten Zeitschlitz jedes (von unendlich vielen) Zeitrahmens Punkten zu, deren Koordinaten (x_i, y_i) der Gleichung {S(x_i, y_i) = k} genügen. Die Funktion S(x, y) 30 wird durch folgende Gleichung definiert: S(x, y) = [V(y) – 1]·3 + H(x) (3)
Die Funktionen H(x) und V(y) werden durch folgende Gleichungen definiert: H(x) =Obergrenze[modulo(x/SFL)/SSL] (4) V(y) = Obergrenze[modulo(y/SFL)/SSL] (5)
SFL und SSL 36 werden im Folgenden definiert. Auf Grund der inhärenten Periodizität der Modulo-Operation sind H(x) und V(y) bezüglich x bzw. y periodisch und es gelten folgende Gleichungen: H(x) = H(x + SFL) (6) V(y) = V(y + SFL) (7)
Infolgedessen ist S(x, y) 30 periodisch in x und y, und es gilt die folgende Menge von Gleichungen: S(x, y) = S(x + SFL, y) = S(x + SFL, y + SFL) = S(x, y + SFL) (8)
Es folgt, dass: L[S(x, y)] = L[S(x + SFL, y)] = L[S(x + SFL, y + SFL)] = L[S(x, y + SFL)] (9)
Gleichungen 8 und 9 besagen, dass Punkten, denen durch die Funktion S(x, y) 30 die gleiche Ganzzahl zugewiesen wird, die gleichen Zeitschlitz-Gruppen zugewiesen werden. Punkte, denen von S(x, y) 30 die gleiche Ganzzahl zugewiesen wird, werden als „gleichzeitig" bezeichnet. Da gleichzeitigen Punkten die gleiche Zeitschlitz-Gruppe zugewiesen wird, dürfen an gleichzeitigen Punkten befindliche Knoten Übertragungen während der gleichen Zeitschlitze planen. Die Periodizität der Funktion S(x, y) 30 erleichtert daher automatisch die räumliche Wiederverwendung von Zeitschlitzen. Der Parameter SFL wird als die Distanz zwischen gleichzeitigen Punkten definiert.
Da es nur 9 Zeitschlitz-Gruppen gibt, die einer unendlichen Anzahl von Punkten im zweidimensionalen Raum zuzuweisen sind, kann S(x, y) 30 nicht jedem ausgeprägten Punkt im Raum eine andere Zeitschlitz-Gruppe zuweisen. Stattdessen weist S(x, y) 30 jedem Raumschlitz 34 eine andere Zeitschlitz-Gruppe zu; ein Raumschlitz 34 wird als eine Gruppe von zusammenhängenden Raumpunkten definiert, die ein Quadrat bilden, so dass für alle zwei Punkte (x₁, y₁) und (x₂, y₂), die zu der Gruppe gehören, die beiden folgenden Gleichungen gelten: Grundwert(x1/SSL) = Grundwert(x2/SSL) (10) Grundwert(y1/SSL) = Grundwert(y2/SSL) (11)
Der Parameter SSL 36 stellt die Länge des Raumschlitzes 34 dar. Auf Grund der Operation an der Obergrenze wird Punkten, die zum gleichen Raumschlitz 34 gehören, von der Funktion S(x, y) 30 die gleiche Zeitschlitz-Gruppe zugewiesen. Weiterhin wird auf Grund der Periodizität von S(x, y) 30 Raumschlitzen 34, deren Mitten durch eine Distanz gleich SFL getrennt sind, die gleiche Zeitschlitz-Gruppe zugewiesen. Raumschlitze, denen die gleiche Zeitschlitz-Gruppe zugewiesen wird, werden als „gleichzeitig" bezeichnet.
Ein Raumrahmen 32 wird als ein Block zusammenhängender Raumschlitze 34 definiert, so dass a) keine zwei Raumschlitze 34 im Block gleichzeitig sind, und b) die Vereinigung der jedem Raumschlitz 34 im Raumrahmen 32 zugewiesenen Zeitschlitz-Gruppen gleich der zugeordneten Zeitschlitz-Supergruppe 20 ist. Bei der gegebenen Definition des Raumrahmens 32 lässt sich sagen, dass S(x, y) 30 aus der Überlagerung unendlicher Raumrahmen 32 in sowohl x- als auch y-Richtung besteht.
SSD ist als die Mindestdistanz zwischen zwei gleichzeitigen Raumschlitzen 34 definiert. Es gelten folgende Gleichungen: SFL = SSL + SSD (12) SFL = 3·SSL (13)
Durch Kombinieren obiger Gleichungen wird erhalten: SSL + SSD= 3·SSL ⇒ SSD = 3·SSL – SSL ⇒ SSD = 2·SSL ⇒ SSL = SSD/2 (14) SFL = 3·SSD/2 (15)
Um zu verhindern, dass Übertragungen von in gleichzeitigen Raumschlitzen 34 befindlichen Knoten bei gemeinsamen Nachbarn zusammenstoßen, muss die Mindestdistanz (SSD) zwischen gleichzeitigen Raumschlitzen 34 gleich dem doppelten Übertragungsbereich (R) sein. Damit wird sichergestellt, dass in gleichzeitigen Raumschlitzen befindliche Sendeknoten niemals gemeinsam Einsprung-Nachbarn aufweisen, da ihre Einsprung-Nachbarschaften sich nicht überlappen. SSD wird daher auf 2R gesetzt, womit sichergestellt wird, dass an gleichzeitigen Punkten befindliche Sender keine gemeinsamen Einsprung-Nachbarn aufweisen. Gleichungen 14 und 15 können daher folgendermaßen neu geschrieben werden: SSL = 2R/2 ⇒ SSL = R (16) SFL = 3·2R/2 ⇒ SFL = 3R (17)
Infolgedessen können Gleichungen 4 und 5 wie folgt geschrieben werden: H(x) = Obergrenze[modulo(x/3R)/R] (18) V(y) = Obergrenze[modulo(y/3R)/R] (19)
Dynamisches Zeitschlitzzuordnungsverfahren an Knoten
Bezug nehmend auf 4-A und auf ähnliche Weise wie bei dem in US-Patent Nr. 5,450,329 beschriebenen Ansatz (Spalte 4, Zeilen 24–26) ist jeder Knoten im Netz mit einem Ortskoordinatenmodul ausgerüstet, das ihm (dem Knoten) periodisch Zugang zu seinen aktuellen Ortskoordinaten x[nT] und y[nT] bietet. Der Parameter T stellt die Periode dar, mit der das Ortskoordinatenmodul die aktuellen Ortskoordinaten des Knotens ausgibt, und n ist ein laufender Zähler. Dann werden gemäß dem vorliegenden Verfahren und auf ähnliche Weise wie bei dem in US-Patent Nr. 5,450,329 beschriebenen Ansatz (Spalte 4, Zeilen 30–35) von jedem Knoten im Netz folgende Schritte ausgeführt:

a) numerische Auswertung der Funktion S(x, y) 30 durch Ersetzen von x mit x [nT] und von y mit y [nT] ;
b) Zuteilung der zur Zeitschlitz-Gruppe L[S(x[nT], y[nT])] gehörenden Zeitschlitze zu sich selbst, die die Zeitschlitz-Gruppe ist, die durch die Funktion S(x, y) 30 seinen aktuellen Ortskoordinaten x[nT] und y[nT] zugewiesen ist.

Der Schritt (b) oben kann auch wie folgt geschrieben werden: Zuteilung des Zeitschlitzes S(x[nT], y[nT]) zu sich selbst, der der durch die Funktion S(x, y) 30 seinen aktuellen Ortskoordinaten x[nT] und y[nT] zugewiesene Zeitschlitz ist.
Ein Knoten darf während der ihm zugeteilten Zeitschlitze Sendungen planen.
Auflösung von Zeitschlitzzuordnungskonflikt
Bezug nehmend auf 3 tritt ein Zeitschlitzzuordnungskonflikt ein, wenn sich mehrere Knoten gleichzeitig im gleichen Raumschlitz 34 befinden, da:

a) alle ortsgleichen Knoten während der Zeitschlitze der gleichen Zeitschlitz-Gruppe Sendungen planen dürfen oder gleichwertig aus einer Perspektive eines TDMA-Rahmens allen ortsgleichen Knoten der gleiche Zeitschlitz zugewiesen wird, und
b) da die Länge des Raumschlitzes 34 (SSL) gleich dem Übertragungsbereich R ist, beträgt die Distanz zwischen allen zwei ortsgleichen Knoten weniger als 2R; infolgedessen werden sich die Einsprung-Nachbarschaften aller gegebenen zwei ortsgleichen Knoten überlappen, was das Vorhandensein gemeinsamer Nachbarn ergibt; gleichzeitige Übertragungen von ortsgleichen Knoten werden daher an diesen gemeinsamen Nachbarn zusammenstoßen und so verlorengegangene Übertragungen ergeben.

Es entsteht daher ein Erfordernis für das hier beschriebene erfindungsgemäße Verfahren, solche Zeitschlitzzuordnungskonflikte aufzulösen. C soll die Anzahl von Knoten darstellen, die sich zu einer gegebenen Zeit t_c alle innerhalb eines bestimmten Zeitschlitzes befinden, und L[3] soll die Zeitschlitz-Gruppe sein, die von der Funktion S(x, y) 30 diesem bestimmten Zeitschlitz zugewiesen ist. Dann teilen sich alle ortsgleichen Knoten die Zeitschlitz-Gruppe L[3] zu (oder gleichwertig weisen sich aus einer TDMA-Rahmen-Perspektive alle ortsgleichen Knoten den Zeitschlitz 3 zu, den Zeitschlitz, der einmalig durch M = 3 gekennzeichnet wird), was durch folgende Gleichung beschrieben wird: L[3] = {S|M = 3} = {2, 11, 20, 29, 38, 47, 56, 65, 74, ..., 9n + 2, ...} n = 0, 1, 2, 3, ..., ∞ (20)
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Zeitschlitzzuordnungskonflikte wie folgt aufgelöst:

A) Von jedem ortsgleichen Knoten n wird fortlaufend Folgendes unterhalten:
A1) eine in aufsteigender Ordnung sortierte Liste der Knotenkennungen aller ortsgleichen Knoten einschließlich seiner eigenen; und
A2) die Ganzzahlvariable CRI[n] (Conflict Resolution Index[n]), die die relative Ordnung seiner eigenen Kennung in der sortierten Liste ortsgleicher Knotenkennungen darstellt; CRI reicht von 1 zu C.
B) Definiert und weist sich die durch folgende Gleichung beschriebene Zeitschlitz-Untergruppe zu: Q[n] = {S|[M = 3] AND [modulo[(F-1)/C] = CRI[n] – 1]} (21)

Man nehme beispielsweise an, dass Knoten 2, 17 und 5 sich im gleichen Raumschlitz befinden und ihnen die Zeitschlitz-Gruppe L[3] zugewiesen wird (oder gleichwertig der Zeitschlitz 3 aus einer TDMA-Rahmen-Perspektive). Dann wird von jedem ortsgleichen Knoten die folgende sortierte Knotenkennungsliste erzeugt und unterhalten: LIST = {2, 5, 17}.
Zusätzlich werden die CRI der Knoten 2, 5 und 17 gegeben durch: CRI[Knoten2] = 1 (22) CRI[Knoten5] = 2 (23) CRI[Knoten17] = 3CRI[Knoten2] = 1 (22) CRI[Knoten5] = 2CRI[Knoten2] = 1 (22) CRI[Knoten5] = 2 (23) CRI[Knoten17] = 3 (24)(23) CRI[Knoten17] = 3 (24)(24)
Bezug nehmend auf 4-B und gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird vom Knoten 2 infolgedessen die Zeitschlitz-Untergruppe Q[2] definiert und ihm zugewiesen, vom Knoten 5 die Zeitschlitz-Untergruppe Q[5] definiert und ihm zugewiesen und vom Knoten 17 die Zeitschlitz-Untergruppe Q[17] definiert und ihm zugewiesen, wobei Q[2], Q[5] und Q[17] durch Gleichungen 25, 26 bzw. 27 beschrieben werden: Q[2] = {S|[M = 3] AND [modulo[(F-1)/3] = 0]} = (2, 29, 56, 83, 110, ...} (25) Q[5] = {S|[M = 3] AND [modulo[(F-1)/3] = 1]} = {11, 38, 65, 92, 119, ...} (26) Q[17] = {S|[M = 3] AND [modulo[(F-1)/3] = 2]} = {20, 47, 74, 101, 128, ...}Q[2] = {S|[M = 3] AND [modulo[(F-1)/3] = 0]} = (2, 29, 56, 83, 110, ...} (25) Q[5] = {S|[M = 3] AND [modulo[(F-1)/3] = 1]} = {11, 38, 65, 92, 119, ...}Q[2] = {S|[M = 3] AND [modulo[(F-1)/3] = 0]} = (2, 29, 56, 83, 110, ...} (25) Q[5] = {S|[M = 3] AND [modulo[(F-1)/3] = 1]} = {11, 38, 65, 92, 119, ...} (26) Q[17] = {S|[M = 3] AND [modulo[(F-1)/3] = 2]} = {20, 47, 74, 101, 128, ...} (27)(26) Q[17] = {S|[M = 3] AND [modulo[(F-1)/3] = 2]} = {20, 47, 74, 101, 128, ...} (27)(27)
Bezug nehmend auf 4-B ist die Vereinigung 46 der Zeitschlitz-Untergruppen Q[2], Q[5] und Q[17] gleich der Zeitschlitz-Gruppe L[3] 23. Es ist daher ersichtlich, dass der Zeitschlitzzuweisungskonflikt erfolgreich durch Teilen des Zugangs 46 des gemeinsam zugewiesenen Zeitschlitzes (d.h. Zeitschlitzes 3) reihum unter den ortsgleichen Knoten aufgelöst wird.
Aus dem obigen Konfliktauflösungsverfahren ist daher ersichtlich, dass die Zeitschlitzzuweisungsmaschine der vorliegenden Erfindung nicht erfordert, dass Zeitschlitzzuweisungen einmalig sind, da die abschließenden Zeitschlitzzuweisungen nicht ausschließlich auf Grundlage von Position getroffen werden; stattdessen wird eine Kombination von Position und anderen Informationen wie beispielsweise die Anzahl von ortsgleichen Knoten und ihre numerische ID dazu benutzt, die End-Zeitschlitzzuweisungen zu treffen. Position wird zuerst zum Zuweisen der Gruppe von Zeitschlitzen benutzt, aus denen ein Knoten übertragen darf; danach wird die Anzahl ortsgleicher Knoten und ihre numerische ID dazu benutzt, die nach Position zugewiesene Zeitschlitz-Gruppe in eine gleiche Anzahl von kleineren unabhängigen Untergruppen aufzuteilen und eine Untergruppe jedem ortsgleichen Knoten zuzuweisen.
Ableitung der maximalen Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Übertragungen durch einen gegebenen Knoten
Man definiere X als die Anzahl von Zeitschlitzen, die zwischen aufeinanderfolgenden Übertragungen durch einen gegebenen Knoten abgelaufen sind. Da die Differenz der Folgenummern von zwei aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen, die zur gleichen Zeitschlitz-Gruppe gehören, gleich 9 ist, ist der Mindestwert von X gleich 9; dieser Mindestwert wird erreicht, wenn der gegebene Knoten der einzige Knoten ist, der sich in seinem Raumschlitz befindet. Wenn es C Knoten gibt, die sich gemeinsam in einem Raumschlitz befinden, ist die Differenz der Folgenummern von zwei aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen, die zur gleichen Zeitschlitz-Untergruppe gehören, gleich 9C; X wird daher durch folgende Gleichung gegeben: X = 9·C (28)
Der Bereich eines Raumschlitzes SSA wird gegeben durch: SSA = SSL2 = R2 (29)
Der Bereich der Einsprung-Nachbarschaft eines Knotens (siehe 1) wird gegeben durch: Einsprung-Nachbarschaftsbereich = n·R2 ≈ 3,14·R2 (30)
Da der Bereich eines Raumschlitzes weniger als ein Drittel des Bereichs der Einsprung-Nachbarschaft eines Knotens ist, kann die Anzahl von Knoten, die sich zu jeder gegebenen Zeit gleichzeitig im selben Raumschlitz befinden können, niemals größer als die Höchstzahl von Einsprung-Nachbarn sein, die ein Knoten jemals aufweisen kann, was definitionsgemäß gleich dem maximalen Netzgrad D_max ist.
Der Höchstwert von X lässt sich daher folgendermaßen schreiben: Xmax = 9·Cmax = 9·Dmax (31)
Gemäß der durch die vorliegende Erfindung erzeugten Zeitschlitzzuordnung ist daher die Höchstzahl von Zeitschlitzen, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Übertragungen durch einen gegebenen Knoten ablaufen, linear proportional zum maximalen Netzgrad; dies ist eine exponentielle Verbesserung gegenüber topologietransparenten Zeitschlitzzuordnungsverfahren des Standes der Technik, nach denen die Höchstzahl von Zeitschlitzen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Übertragungen unterschiedlicher Pakete durch einen gegebenen Knoten proportional zum Quadrat des maximalen Netzgrades ist.
Verwendung der zugeordneten Gruppe von Zeitschlitzen zum Verwalten von Kommunikationskanalressourcen
Bezug nehmend auf 5 ist Zeit in mehrere Superrahmen aufgeteilt. Jeder Superrahmen besteht aus einem Steuerungsrahmen 50 und einem Datenrahmen 52. Der Steuerungsrahmen 50 wird für die Übertragung von Steuerungspaketen benutzt, die die konfliktfreie Zuordnung von Datenkommunikationsschlitzen in einer Zweisprung-Nachbarschaft koordinieren, und der Datenrahmen 52 wird für die Übertragung von Datenpaketen benutzt.
Der Datenrahmen 52 ist eine zweidimensionale Gruppe diskreter Bandbreitenblöcke 58, wobei jeder Bandbreitenblock 58 einmalig durch seine Zeitschlitz-ID s und den Kanal f, zu dem er gehört, angegeben wird. Im Rest dieser Spezifikation wird die Bezeichnung (s, f) zur Darstellung eines Bandbreitenblocks benutzt; s stellt einen bestimmten Zeitschlitz dar und f stellt einen bestimmten Kanal (aus den drei gezeigten Kanälen) dar.
Der Steuerungsrahmen 50 hat die Funktion, die konfliktfreie Zuordnung jedes Paars (s, f) zu koordinieren, unter folgenden Bedingungen:

a) Ein Knoten kann nicht während des gleichen Zeitschlitzes senden und empfangen.
b) Ein Knoten kann nicht auf einem Paar (s, f) senden, das von irgendeinem seiner Nachbarn zum Empfangen benutzt wird.
c) Ein Knoten kann nicht auf einem Paar (s, f) empfangen, das von irgendeinem seiner Nachbarn zum Senden benutzt wird.

Wenn Knoten die Fähigkeit besitzen, die für ihre Übertragungen benutzte Leistung zu verändern, lassen sich die Bedingungen b und c wie folgt neu schreiben:

b) Die von einem Knoten zum Senden auf einem Paar (s, f) benutzte Sendeleistung muss derart sein, dass der sendende Knoten keinen seiner Nachbarn stört, die auf (s, f) empfangen.
c) Ein Knoten kann nicht auf einem Paar (s, f) empfangen, auf dem ein Nachbar mit einem Leistungspegel sendet, der die Empfangsfähigkeit des Knotens stört.

Jeder Steuerungsrahmen 50 ist in mehrere Steuerungsschlitze 54 aufgeteilt, die dazu benutzt werden, einen Dialog zwischen einem Sender, der Abfragen sendet und einer Menge beabsichtigter Empfänger, die Antworten senden, zu erleichtern; so ist jeder Steuerungsschlitz 54 weiterhin in mehrere Steuerungs-Unterschlitze aufgeteilt. Der erste Steuerungs-Unterschlitz 56 in jedem Steuerungsschlitz 54 ist als der Abfrage-Steuerungs-Unterschlitz bezeichnet. Abfrage-Steuerungs-Unterschlitze werden von Sendern dazu benutzt, Abfrage-Steuerungspakete zu einer Liste beabsichtigter Empfänger in seiner Einsprung-Nachbarschaft zu senden. Die geradzahligen Steuerungs-Unterschlitze werden von den beabsichtigten Empfängern zum Senden von Antwort-Steuerungspaketen als Antwort auf die vom Sender gesendeten Anfragen benutzt; die ungeradzahligen Steuerungs-Unterschlitze werden vom Sender zum Senden von Bestätigungs-Steuerungspaketen zur Bestätigung des Empfangs der Daten in den Antwort-Steuerungspaketen benutzt.
Zuteilung der Supergruppe von Steuerungszeitschlitzen
Die Supergruppe von Steuerungszeitschlitzen, die aus allen Steuerungszeitschlitzen besteht, wird wie folgt zugeteilt:

a) Die Steuerungszeitschlitz-Supergruppe ist in 16 Steuerungszeitschlitz-Gruppen (L_c[1], L_c [2}, L_c[3], ..., L_c[16]) aufgeteilt. Die den Steuerungszeitschlitzen der Steuerungszeitschlitz-Gruppe L_c[k] zugeordnete geschlossene Folgenummer M_c ist gleich k, wobei k von 1 bis 16 reicht.
b) Die für die Zuteilung der Steuerungszeitschlitz-Supergruppe benutzte Funktion S_c(x, y) ist gegeben durch folgende Gleichung: Sc(x, y) = [Vc(y) – 1]·4 + Hc(x) (32)

Die Funktionen H_c(x) und V_c(y) sind gegeben durch: Hc(x) = Obergrenze[modulo(x/SFLc)/SSLc] (33) Vc(y) = Obergrenze[modulo(y/SFLc)/SSLc]Hc(x) = Obergrenze[modulo(x/SFLc)/SSLc] (33) Vc(y) = Obergrenze[modulo(y/SFLc)/SSLc] (34)(34)
Die Knoten, denen ein bestimmter Steuerungszeitschlitz zugeordnet wird, spielen die Rolle des Senders und steuern den Dialog zwischen ihnen und den Zielempfängern. Zwei Knoten, denen der gleiche Steuerungszeitschlitz zugeordnet ist, werden als gleichzeitige Sender bezeichnet. Zwei Zielknoten, die auf ein vom Sender gesendetes Abfragesteuerungspaket während des gleichen Antwort-Steuerungsunterschlitzes antworten müssen werden als gleichzeitige Empfänger bezeichnet. Um zu verhindern, dass die Antwort-Steuerungspakete gleichzeitiger Empfänger an gemeinsamen Nachbarn zusammenstoßen, muss die Mindestdistanz zwischen gleichzeitigen Empfängern gleich 2R sein (wobei R der maximale Übertragungsbereich ist), so dass sich ihre entsprechenden Einsprung-Nachbarschaften nicht überlappen. Um sicherzustellen, dass gleichzeitige Empfänger durch eine Mindestdistanz gleich 2R getrennt sind, muss die Mindestdistanz zwischen gleichzeitigen Sendern gleich 4R sein. Die Mindestdistanz zwischen gleichzeitigen Raumschlitzen (SSD) wird daher auf 4R eingestellt.
Infolgedessen werden SSL_c und SFL_c gegeben durch SFLc = SSLc + 4R (35) SFLc = 4·SSLcSFLc = SSLc + 4R (35) SFLc = 4·SSLc (36)(36)
Durch Kombinieren der Gleichungen 36 und 37 wird Folgendes erhalten: SSLc + 4R = 4·SSLc ⇒ 4R = 3·SSLc ⇒ SSLc = 4·R/3 (37)
Durch Ersetzen von SSL_c in Gleichung 37 wird daher SFL_c gegeben durch: SFLc = 16·R/3 (38)
Gleichungen 34 und 35 lassen sich daher wie folgt neu schreiben: Hc(x) = Obergrenze[3·modulo(3x/16R)/4R] (39) Vc(y) = Obergrenze[3·modulo(3y/16R)/4R]Hc(x) = Obergrenze[3·modulo(3x/16R)/4R] (39) Vc(y) = Obergrenze[3·modulo(3y/16R)/4R] (40)(40)
Ein gegebener Knoten im Netz mit aktuellen Ortskoordinaten (x_i, y_i) teilt sich daher die zur SteuerungsZeitschlitz-Gruppe L_c[S(x_i, y_i)] gehörenden Steuerungszeitschlitze 56 zu. Zeitschlitzzuordnungskonflikte, die auftreten, wenn sich mehrere Knoten im gleichen Raumschlitz befinden, werden durch das Verfahren aufgelöst, das im Unterabschnitt „Zeitschlitzzuteilungskonfliktauflösung" in der vorliegenden Spezifikation beschrieben wird.
Definitionen von Knotenzustandsvariablen
Für jeden Knoten werden folgende Variablen definiert: X(s, f, i) = maximaler Leistungspegel, den der Knoten (i) für eine Übertragung auf (s, f) benutzen kann, ohne die Empfangszuweisungen irgendeines seiner Nachbarn zu stören. Wenn X(s, f, i) gleich Null ist, steht die Zuordnung (s, f) nicht für zukünftige Übertragungszuweisungen zur Verfügung; dies könnte geschehen, wenn der Knoten (i) bereits zur Übertragung auf (s, f) zugewiesen worden ist oder ein dem Knoten (i) sehr naheliegender Nachbar zum Empfangen auf (s, f) zugewiesen worden ist. X(s, f, i) reicht von 0 bis Maximum Power Level (maximaler Leistungspegel) und Initial Value (Anfangswert) [X(s, f, i)] = maximaler Leistungspegel.
X(s, f, i, j) = die Wahrnehmung des Knotens j von X(s, f, i).
R(s, f, i) ist eine boolesche Flagge, die die Fähigkeit des Knotens (i) zum Empfangen auf (s, f) anzeigt. R(s, f, i) wird auf 1 gesetzt, wenn der Knoten (i) auf (s, f) empfangen kann, und sonst auf Null gesetzt. Anfangswert [R(s, f, i)] = 1
N(i, j) = Mindestleistungspegel, auf dem Knoten i und j sich innerhalb von Übertragungsreichweite voneinander befinden. N(i, j) = N(j, i)
TAS(i) (Transmission Assignment Set – Übertragungszuweisungsmenge = {[(s, f), X (s, f, i)]|X (s, f, i) > 0 für jede (s , f)}. TAS(i) ist die Menge von Paaren [(s, f), Leistung], die vom Knoten i als für Übertragungszuweisungen verfügbar angezeigt werden.
RAS(i) (Receive Assignment Set – Empfangszuweisungsmenge) = {(s, f)|R(s, f, i) > 0 für jede (s, f)}. RAS(i) ist die Menge von Paaren (s, f), die dem Knoten i für Empfangszuweisungen zur Verfügung stehen.
Kommunikationszuweisungsereignis
Ein Kommunikationszuweisungsereignis wird einmalig durch folgende Werte definiert:

s: = Zeitschlitz, während dem die Übertragung eintreten wird
f: = Kanal, der für die Übertragung benutzt wird. Ein Kanal kann ein Frequenzkanal eines FDMA-Systems oder ein Codekanal eines CDMA-Systems sein.
Sender: = Knoten-ID des Knotens, der zum Übertragen auf (s, f) zugewiesen ist.
Empfänger: = Knoten-ID des Knotens, der zum Empfangen auf (s, f) zugewiesen ist.
Leistung: = Leistungspegel, der vom Sender für seine Übertragung auf (s, f) benutzt wird. Dieser wird vom Empfänger auf Grundlage des gespeicherten Werts von N(Empfänger, Sender) und der wahrgenommenen Streckengüte zwischen dem Sender und dem Empfänger zugewiesen.

Das Verfahren ASSIGNMENT (Zuweisung), das die Reaktion eines Knotens ist, die durch den Empfang eines Kommunikationszuweisungsereignisses für das Paar (s, f) ausgelöst wird, wird so definiert dass folgende Bedingungen erfüllt werden:

Bedingung a: Ein Knoten kann nicht während des gleichen Zeitschlitzes senden und empfangen.
Bedingung b: Die von einem Knoten zum Übertragen auf einem Paar (s, f) benutzte Leistung muss derart sein, dass der sendende Knoten keinen seiner Nachbarn stört, die auf (s, f) empfangen.
Bedingung c: Ein Knoten kann nicht auf einem Paar (s, f) empfangen, auf dem ein Nachbar mit einem Leistungspegel sendet, der die Empfangsfähigkeit des Knotens stört.

Das Verfahren ASSIGNMENT nimmt als Eingaben folgende Parameter, in der folgenden Reihenfolge:

1) s = Zeitschlitz, während dem die Übertragung eintreten wird.
2) f = Kanal, der für die Übertragung benutzt wird. Ein Kanal kann eine Frequenz oder ein Code sein.
3) aktueller Knoten = Knoten-ID des das Kommunikationszuweisungsereignis verarbeitenden Knotens.
4) Anzeigeknoten = Knoten-ID des das Kommunikationszuweisungsereignis ankündigenden Knotens.
5) Sender = Knoten-ID des Knotens, der zum Übertragen auf (s, f) zugewiesen ist.
6) Empfänger = Knoten-ID des Knotens, der zum Empfangen auf (s, f) zugewiesen ist.
7) Leistung = Leistungspegel, der vom Sender für seine Übertragung auf (s, f) benutzt wird.

Die erste Eingabe stellt daher den Zeitschlitz dar, für den die Übertragung geplant ist, die zweite Eingabe stellt den Kanal dar, auf dem die Übertragung stattfindet, die dritte Eingabe stellt die Knoten-ID des das Kommunikationszuweisungsereignis verarbeitenden Knotens dar, die vierte Eingabe stellt die Knoten-ID des das Kommunikationszuweisungsereignis anzeigenden Knotens dar, die fünfte Eingabe stellt die Knoten-ID des Knotens dar, der auf (s, f) übertragen wird, die sechste Eingabe stellt die Knoten-ID des Knotens dar, der auf (s, f) empfangen wird, und die siebte Eingabe stellt den Leistungspegel dar, der vom Sender für seine Übertragung auf (s, f) benutzt wird.
Das Verfahren ASSIGNMENT wird durch folgenden Pseude-Code gegeben:
Verfahrenszuweisung (s, f, aktueller Knoten, Anzeigeknoten, Sender, Empfänger, Leistungspegel)
WENN (der anzeigende Knoten des Kommunikationsereignisses der Empfänger ist) DANN
WENN (der aktuelle Knoten der Sender oder der Empfänger ist) DANN
X(s, f, aktueller Knoten) auf 0 setzen, für alle Kanäle (Bedingung a erfüllen)
R(s, f aktueller Knoten) auf 0 setzen, für alle Kanäle (Bedingung a erfüllen)
SONST
X(s, f, aktueller Knoten) auf [N(aktueller Knoten, Empfänger (i)) – 1] setzen,
[N(aktueller Knoten, Empfänger (i)) – 1] ist der Mindestleistungspegel, mit dem der aktuelle Knoten senden kann, ohne irgendeine Störung am Empfänger zu verursachen (Bedingung b erfüllen)
SONST
WENN (der anzeigende Knoten des Kommunikationsereignisses der Sender ist) DANN
WENN (der aktuelle Knoten nicht der Sender oder der Empfänger ist) DANN
X(s, f, Sender, aktueller Knoten) auf 0 setzen, für alle Kanäle (Bedingung a erfüllen).
WENN (der Leistungspegel, der vom Sender benutzt wird, größer gleich dem Mindestleistungspegel ist, mit dem der aktuelle Knoten und der Sender einander stören können) DANN
R(s, f, aktueller Knoten) auf 0 setzen, (Bedingung c erfüllen).
Übermitteln von Schlitz- und Kanalpaardaten zwischen einer Quelle und einer Gruppe von Empfängern
Bezug nehmend auf 5 wird die Folge von Ereignissen wiedergegeben, die während eines bestimmten Steuerungsschlitzes auftreten.
Steuerungs-Unterschlitz [1]: Der Sender sendet ein Abfragesteuerungspaket mit einer Liste von Zielempfängern und einer ausgewählten Untermenge seiner Übertragungszuweisungsmenge.
FÜR i: =1 BIS 2
Steuerungs-Unterschlitz [2i]: Bei Empfang des Abfragesteuerungspakets werden vom Empfänger(i) folgende Schritte ausgeführt: a) durchsucht seine Empfangszuweisungsmenge nach einem Paar (s_a, f_a), das Folgendem genügt: {[R(S_a, f_a, c) = 1] UND [X(s_a, f_a, i, j) ≥ N(x, c)]}; b) führt Verfahren ASSIGNMENT [s_a, f_a, Empfänger (i), Empfänger (i), Sender, Empfänger (i), X (s_a, f_a, i, j)] aus und c) sendet ein Antwort-Steuerungspaket, das (s_a, f_a) anzeigt. Bei Empfang des Antwortpakets wird von jedem Nachbar (j) des Empfängers (i) das Verfahren ASSIGNMENT [s_a, f_a, Nachbar (j), Empfänger (i), Sender, Empfänger (i) , X (s_a, f_a, i, j)] ausgeführt
Steuerungs-Unterschlitz [2i + 1]: Bei Empfang des Antwortpakets sendet der Sender ein Bestätigungspaket, das (s_a, f_a) anzeigt. Bei Empfang des Bestätigungspakets wird von jedem Nachbar k) des Senders das Verfahren ASSIGNMENT [s_a, f_a, Nachbar(k), Sender, Sender, Empfänger (i), X (s_a, f_a, i , j)] ausgeführt.
Funktionsweise des Verfahrens
Der Fachmann kann erkennen, dass das Verfahren durch Verwendung einer Menge von programmierbaren Anweisungen funktioniert, die von einem oder mehreren Prozessoren im Netz von Sender-/Empfängerknoten ausgeführt werden, um die Funktionen des Verfahrens wie in der Spezifikation beschrieben durchzuführen.
Was hier beschrieben worden ist, ist nur für die Anwendung der Grundsätze der vorliegenden Erfindung beispielhaft. Beispielsweise dienen die oben beschriebenen und als beste weise zum Betreiben der vorliegenden Erfindung implementierten Funktionen nur Darstellungszwecken. Vom Fachmann können andere Anordnungen und Verfahren implementiert werden, ohne aus dem Rahmen der vorliegenden Erfindung zu weichen.

Claims

Verfahren zum Zuordnen einer Gruppe von Zeitschlitzen (20), welche zu einem gemeinsamen Time Division Multiple Access (TDMA)-Kanal gehören, in einem Netzwerk von Sender-/Empfängerknoten; wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Unterteilen der Gruppe von Zeitschlitzen (20) in eine Vielzahl von Untergruppen von Zeitschlitzen (28); und Definieren einer gemeinsamen Funktion (30) für jeden Sender-/Empfängerknoten, welche eine Zeitschlitz-Untergruppe der Vielzahl von Zeitschlitz-Untergruppen (28) jedem Punkt im Raum zuordnet, wobei jeder dieser Punkte im Raum durch eine eindeutige Gruppe von Ortskoordinaten identifiziert ist; und Durchführen der folgenden Schritte für jeden der Sender-/Empfängerknoten: Periodisches Identifizieren einer Gruppe von Ortskoordinaten (40); und Zuordnen (44) von Zeitschlitzen, welche zu der Zeitschlitz-Untergruppe gehören, die durch die gemeinsame Funktion dem Punkt im Raum zugeordnet sind, der durch die periodisch definierte Gruppe (40) von Ortskoordinaten definiert ist, zu jedem der Sender-/Empfängerknoten; und Auflösen von Konflikten in der Zuordnung von Zeitschlitzen, welche dann auftreten, wenn zumindest zwei Knoten des Netzwerks von Sender-/Empfängerknoten Zeitschlitze zugeordnet werden, die zu einer identischen Zeitschlitz-Untergruppe (23) gehören und wenn die Distanz zwischen diesen Sender-/Empfängerknoten weniger ist, als ein zuvor bestimmter Distanz-Schwellwert (35), wobei dieser Auflöseschritt dadurch gekennzeichnet ist, dass er den Schritt umfasst, in welchem jedem dieser Sender-/Empfängerknoten Zeitschlitze zugeteilt werden, welche zu unterschiedlichen Zeitschlitz-Untergruppen (46) der identischen Zeitschlitz-Untergruppe (23) gehören.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die periodisch identifizierte Gruppe von Ortskoordinaten (40) der aktuellen Gruppe von Ortskoordinaten jedes Sender-/Empfängerknotens entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem den Schritt aufweist, die zu dem gemeinsamen TDMA-Kanal gehörende Zeitschlitz-Untergruppe (20) für die Verwaltung der Kommunikationskanalressourcen (52) für eine Vielzahl von Knoten des Netzwerks von Sender-/Empfängerknoten zu verwenden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem jeder Knoten dieser Vielzahl von Knoten über verschiedene Kanäle auf Basis eines Zeitmultiplexverfahrens (58) kommuniziert.
Verfahren nach Anspruch 4, das folgende Schritte aufweist: Unterteilen jedes Zeitschlitzes der Gruppe von Zeitschlitzen, welche zu dem gemeinsamen TDMA-Kanal gehören, in eine Vielzahl von Unter-Zeitschlitzen; und Bestimmen eines Unter-Zeitschlitzes jener Vielzahl von Unter-Zeitschlitzen als Abfrage-Unter-Zeitschlitz (56); wobei jeder Quellknoten dieser Vielzahl von Knoten, welcher Daten zu einer Ziel-Untergruppe einer jedem Quellknoten zugehörigen Gruppe von Nachbarknoten senden möchte, ein Abfragepaket, welches die Kennung jedes Knotens der Ziel-Untergruppe der zugehörigen Gruppe von Nachbarknoten enthält, während des Abfrage-Unterzeitschlitzes eines zugewiesenen Zeitschlitzes der Gruppe der Zeit schlitze überträgt, welche zu dem gemeinsamen TDMA-Kanal gehören.
Verfahren nach Anspruch 5, das folgende Schritte aufweist: Speichern für jeden Kommunikationsknoten jener Vielzahl von Knoten: eine Übertragungsgruppe von Zeitschlitzen und Kanalpaaren, welche von jedem Kommunikationsknoten verwendet werden kann, um Daten zu der jedem Kommunikationsknoten zugeordneten Gruppe von Nachbarknoten zu senden; und eine Empfangsgruppe von Zeitschlitzen und Kanalpaaren, welche von jedem Kommunikationsknoten verwendet werden kann, um Daten von der einem jedem Kommunikationsknoten zugeordneten Gruppe von Nachbarknoten zu empfangen; und Übermitteln eines Teils der gespeicherten Zeitschlitz- und Kanalpaardaten zwischen jedem Quellknoten und der Ziel-Untergruppe während aufeinanderfolgenden Unterzeitschlitzen jenes zugeteilten Zeitschlitzes.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem jedes Abfragepaket eine ausgewählte Untergruppe der für jeden Quellknoten gespeicherten Übertragungsgruppe mit Zeitschlitzen und Kanalpaaren beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt der Übermittlung des Teils der gespeicherten Zeitschlitz- und Kanalpaardaten durch sequentielles Wiederholen folgender Schritte für jeden Empfängerknoten der Ziel-Untergruppe der dem Quellknoten zugehörigen Gruppe von Nachbarknoten durchgeführt wird: Identifizieren durch jeden Zielknoten einer Zuteilungs-Gruppe von Zeitschlitzen und Kanalpaaren, welche zu der ausgewählten Untergruppe der in dem Abfragepaket enthaltenen Gruppe von Zeitschlitzen und Kanalpaaren zur Übertragung gehören, und Identifizieren einer Gruppe von für jeden Zielknoten gespeicherten Gruppe vor Zeitschlitzen und Kanalpaaren zum Empfang für jeden Zielknoten; Senden eines Antwortpakets durch jeden Zielknoten, welches die Zuteilungs-Gruppe der Zeitschlitze und Kanalpaare beinhaltet, auf denen jeder Zielknoten Daten von jedem Quellknoten empfangen möchte. Empfangen des Antwortpakets durch jeden Quellknoten, welches die Zuteilungs-Gruppe von Zeitschlitzen und Kanalpaaren beinhaltet; und Senden eines Bestätigungspakets durch jeden Quellknoten, welches die Zuteilungs-Gruppe von Zeitschlitzen und Kanalpaaren, welches jeder Quellknoten benutzt, um Daten zu jedem Empfangsknoten zu senden, beinhaltet.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei jeder Nachbarknoten des Empfangsknotens, welcher das Antwortpaket empfängt, aus der für jeden Nachbarknoten eines jeden Zielknotens gespeicherten Gruppe von Zeitschlitzen und Kanalpaaren zur Übertragung jene Zeitschlitze und Kanalpaare identifiziert, welche zu der Zuteilungs-Gruppe von Zeitschlitzen und Kanalpaaren gehören; und jeder Nachbarknoten eines jeden Quellknotens, welche ein Bestätigungspaket empfängt, aus der für jeden Nachbarknoten eines jeden Quellknotens gespei cherten Gruppe von Zeitschlitzen und Kanalpaaren zum Empfang jenen Zeitschlitz und Kanalpaare identifiziert, welche zu der Zuteilungs-Gruppe von Zeitschlitzen und Kanalpaaren gehören.
Ein System zum Zuteilen einer Gruppe von Zeitschlitzen (20), welche zu einem gemeinsamen Time Division Multiple Access (TDMA)-Kanal gehören, zu einem Netzwerk von Sender-/Empfängerknoten, dieses System umfasst: Mittel zum Unterteilen der Gruppe von Zeitschlitzen (20) in eine Vielzahl von Untergruppen von Zeitschlitzen (28); Mittel zum Definieren einer gemeinsamen Funktion (30) für jeden Sender-/Empfängerknoten, welche eine Zeitschlitz-Untergruppe der Vielzahl von Zeitschlitz-Untergruppen (28) jedem Punkt im Raum zuordnet, wobei jeder dieser Punkte im Raum durch eine eindeutige Gruppe von Ortskoordinaten identifiziert ist; und Mittel zum Durchführen folgender Schritte für jeden der Sender- und Empfängerknoten: Periodisches Identifizieren einer Gruppe von Ortskoordinaten (40); und Zuordnen (44) von Zeitschlitzen, welche zu der Zeitschlitz-Untergruppe gehören, die durch die gemeinsame Funktion dem Punkt im Raum zugeordnet sind, der durch die periodisch definierte Gruppe (40) von Ortskoordinaten definiert ist, zu jedem der Sender-/Empfängerknoten; und Mittel zum Auflösen von Konflikten in der Zuordnung von Zeitschlitzen, welche dann auftreten, wenn zumindest zwei Knoten des Netzwerks von Sender-/Empfängerknoten Zeitschlitze zugeordnet werden, die zu einer identischen Zeitschlitz-Untergruppe (23) gehören und wenn die Distanz zwischen diesen Sender-/Empfängerknoten weniger ist, als ein zuvor bestimmter Distanz-Schwellwert (36), wobei dieser Auflöseschritt dadurch gekennzeichnet ist, dass er den Schritt umfasst, in welchem jedem dieser Sender-/Empfängerknoten Zeitschlitze zugeteilt werden, welche zu unterschiedlichen Zeitschlitz-Untergruppen (46) der identischen Zeitschlitz-Untergruppe (23) gehören.
Das System nach Anspruch 10, bei dem die periodisch identifizierte Menge von Ortskoordinaten (40) der aktuellen Menge von Ortskoordinaten jedes Sender-/Empfängerknotens entspricht.